Dầm cao và dầm chuyển (deep beam and transfer beam)

Dầm chuyển được sử dụng ngày càng nhiều hơn trong các công trình xây dựng ở Việt Nam, do đặc điểm về phân bố ứng suất mà việc tính toán thiết kế các dầm này có nhiều khác biệt so với việc tính toán và thiết kế dầm theo lý thuyết uốn thông thường.

image

Dầm cao

Dầm được gọi là dầm cao (Deep Beam) khi mang một trong các đặc điểm sau đây:

  • Tỉ số giữa nhịp thông thủy và chiều cao dầm bé hơn hoặc bằng 4
  • Trên dầm xuất hiện tải trọng tập trung trong khoảng bé hơn 2 lần chiều cao dầm tính từ mép gối đỡ

Dưới tác dụng của tải trọng, trong dầm hình thành các thanh chống chịu nén nối giữa vị trí đặt tải trọng và gối đỡ. Đối với các cấu kiện thông thường, chúng ta thường sử dụng giả thiết biến dạng phẳng để lập sơ đồ ứng suất cho tiết diện và giải bài toán tính toán cốt thép dựa trên các sơ đồ ứng suất tại trạng thái phá hoại. Tuy nhiên, đối với dầm cao giả thiết về biến dạng phẳng trong lý thuyết uốn không còn đúng nữa. Để tính toán dầm cao, hoặc sử dụng phương pháp phân tích với phân bố biến dạng phi tuyến, hoặc sử dụng mô hình giàn ảo (strut-and-tie method). Mô hình giàn ảo được đề cập trong các tiêu chuẩn như ACI 308-08 – Phụ lục A, hoặc Eurocode 2 – Mục 6.5

Hình 1: Các trường hợp định nghĩa của Dầm cao

Dầm chuyển

Dầm chuyển (Transfer Beam) là cấu kiện dầm có tác dụng phân phối lại tải trọng thẳng đứng. Do đặc điểm về tải trọng nên hầu hết dầm chuyển đều thuộc dạng dầm cao.
Trên thực tế dầm chuyển được sử dụng tương đối linh hoạt. Trong một số công trình hỗn hợp, do yêu cầu về không gian ở tầng phía dưới (khối thương mại) nên hệ cột ở các tầng dưới có khoảng cách tương đối lớn, trong khi khối căn hộ phía trên yêu cầu kích thước cấu kiện thẳng đứng phải mỏng do đó hệ vách phía trên mỏng và dài. Trong những trường hợp như vậy, dầm chuyển có chức năng phân phối tải trọng từ các vách về tập trung tại các đỉnh cột (Hình 2).

Mọi Người Cũng Xem   "Cổ Trang" trong Tiếng Anh là gì: Định Nghĩa, Ví Dụ Anh Việt

Hình 2: Dầm chuyển được sử dụng để phân phối tải trọng về các cột

Trong một số công trình khác, người ta cũng bố trí dầm chuyển để dàn đều tải trọng xuống móng (Hình 3). Với hệ kết cấu này, do tải trọng được dàn đều xuống các cột phù hợp với sức chịu tải của cọc, do đó dưới mỗi chân cột chỉ cần bố trí một cọc. Hiệu quả của cách thức này là trong đài cọc không phát sinh lực chọc thủng và mô men uốn, dẫn tới sẽ tiết kiệm được chi phí đài cọc và các chi phí liên quan đến công tác thi công đài cọc.

Hình 3: Dầm chuyển được sử dụng để dàn đều tải trọng xuống móng

Xem xét vấn đề qua một ví dụ: khác với các dự án có quỹ đất hạn hẹp, dự án Hyundai Hills State bao gồm các tòa nhà là khu chung cư đơn thuần, có sân chung rộng và một điểm hoàn toàn khác biệt là khu gara được đặt ngầm dưới sân. Thiết kế này tạo điều kiện giải phóng chức năng phần ngầm của các tòa nhà chính, do đó phần ngầm của các tòa nhà này có mục đích phục vụ tối đa ý đồ kết cấu. Bản thiết kế của Hyundai Hills State cho thấy hệ thống dầm chuyển dưới 2 tầng hầm tạo nên khối đế vững chắc, phân phối tải trọng đứng và tải trọng ngang đều đặn lên các cột, do đó không xảy ra hiện tượng cọc tập trung tại đài vách thang máy. Các cọc được đặt ngay dưới chân cột làm giảm tối đa nguy cơ chọc thủng, dẫn đến chiều dày của đài cọc (đài bè) tương đối nhỏ và thép đài cọc được tiết kiệm tối đa.

Mọi Người Cũng Xem   Kinh Kim Cang (Kinh Kim Cương) là gì? Nguồn gốc Kinh Kim Cang ở đâu?

Lý thuyết tính toán

Về nguyên tắc dầm cao có thể được tính toán thiết kế bằng mô hình giàn ảo, tuy nhiên việc ứng dụng mô hình này như thế nào trong các trường hợp đa dạng kết cấu cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.
Mặc dù đã xuất hiện một thời gian tương đối dài, việc tính toán dầm chuyển vẫn còn là một vấn đề khá mới mẻ và chưa được giải quyết một cách triệt để. Các kết quả phân tích về dầm cao nêu trong cuốn Reinforced Concrete Design of Tall Buildings của Bungale S. Taranath cho thấy ứng suất trong giai đoạn làm việc khi chưa xuất hiện vết nứt lớn hơn gấp 2 lần so với phân thích theo lý thuyết uốn thông thường (sử dụng giả thiết tiết diện phẳng), kết luận này được lấy làm cơ sở cho một số bảng thuyết minh tính toán sử dụng kết quả từ phân tích đàn hồi trong Etabs bằng cách nhân đôi giá trị ứng suất thu được và tính toán diện tích cốt thép yêu cầu.
Trước những hạn chế về lý thuyết tính toán, khắc phục bằng phương án kết cấu rõ ràng luôn là giải pháp tối ưu nhất, một số chuyên gia khuyên rằng tốt nhất (thay vì thiết kế giàn ảo) hãy thiết kế một hệ giàn thật làm nhiệm vụ phân phối tải trọng, lúc đó phương án kết cấu sẽ trở nên rất rõ ràng và dễ xử lý.

Tài liệu

  1. Các tài liệu được biên dịch
  2. Các tài liệu nước ngoài